Bi-2212高温超電導ケーブル導体の製作と評価

点击翻译按钮获取中文摘要

高温超電導ケーブルの交流損失の計算方法を開発し、交流損失が最小になるケーブル導体の設計を行った。交流損失の計算は、ケーブル導体の交流特性を電気回路モデルでモデル化し、それを基にして行った。まず、各層の電気抵抗値をノリスの式の近似式で求めた。次に、自己インダクタンスおよび相互インダクタンスは、発生磁場を周方向磁場と軸方向磁場に分類し、2種類のインダクタンスとした。これより発生電圧方程式を立て、解が収束するまで連立方程式を解く。得られた解より自己磁場損失W_<self>が求まる。このとき、各層に流れる電流も求まるので、この値から各層に印加される周方向磁場と軸方向磁場を求める。各層の通電電流値と印加磁場の値をCarrの式に代入し、周方向磁場損失W_<Bc>と軸方向磁場損失W_<Ba>を求める。これより、ケーブル導体のトータルの交流損失W_<tot>はW_<tot>=W_<self>+W_<Bc>+W_<Ba>、より求まる。この計算結果と、住友電工と東京電力が共同開発している114MVA高温超電導ケーブルの交流損失の実測値はよく一致することが分かった。さらに、W_<tot>は軸方向磁場損失W_<Ba>が支配的であることが明らかになった。114MVA高温超電導ケーブルの各層の電流分布を求めてみると、導体部の各層の電流値は均流化されていることが分かった。それに対して、シールド部では外層ほど電流値が高くなっていた。この均流化は、各層の高温超電導テープの巻きつけピッチを調整することで達成される。均流化により自己磁場損失は最小化されるのだが、このケーブル導体では軸方向磁場損失が支配的なため、均流化により全体の交流損失が最小化されるかは疑問である。そこで、Wtotが最小化する巻きつけピッチの値を求めたところ、1000A通電で0.7W/mの交流損失が0.5W/mまで低減できることが明らかになった。